7月8日，在2025年度国家科学技术奖励大会上，由同济大学牵头完成的《量子化光晶格常数的纳米计量关键技术及集成电路应用》项目荣获国家科学技术进步奖一等奖。历经20余年攻关，项目团队制造出一系列纳米级长度和角度国家一级标准物质，为集成电路等纳米制造领域提供了校准与标定用的“精准标尺”。
众所周知，在先进制造业里，有一句老话“测得出，才能造得出；测得准，才能造得精”。因此，纳米计量是实现纳米制造准确性的前提和保障。抓住国际单位制（SI）量子化变革的机遇，同济大学程鑫彬教授带领项目团队发明了量子化光晶格常数的纳米计量技术，缩短了纳米计量传递链，提升了扁平化水平，更适用于解决产业应用问题。
量子化光晶格常数嵌入的光栅干涉型纳米位移传感器。 （李茂君 摄影）
【让“冷原子”精准有序排列】
如何制造一把精准到皮米（千分之一纳米）精确度的“量子化纳米标尺”？
“一把精准的量子化纳米标尺，其刻度归根结底由原子构成。” 项目团队解释，原子在固定位置，排列得越整齐，刻度才越精准，纳米标尺就越准确。
可是，如何让亿万个原子准确均匀一致地排列到量子化常数的固定位置上呢？
基于量子化光晶格常数的纳米标尺高精度制造技术。（来源：受访者供图）
项目团队创新采用了“量子化光晶格”技术。“量子化”源于铬原子在真空中的量子跃迁波长——天然的量子化纳米常数。项目团队利用光频梳把激光锁定在这个量子化波长上，两束相向而行的激光便在空间中叠出一列明暗相间、周期恒定的驻波，这就是“量子化光晶格”——宛如一副用光铸成的“模具”， 格点周期（即晶格常数）恰好等于量子化激光波长的一半，与铬原子的量子化跃迁波长这一自然常数牢牢“锁定”。
随后，经激光横向冷却而“安静”下来的铬“冷原子”穿过光晶格，被光场逐一引导、落位到格点之上，在基底上生长出一排排整齐的刻线。这些刻度不是机器刻出来的，而是原子照着自然界常数这张“图纸”自己“站”出来的——机器会磨损、会漂移，但自然界常数不会，因此这一刻度天然就是精准的、一致的，也就是我们俗称的“自来准”。
基于量子化光晶格常数制造纳米标尺的精密装置。 （李茂君 摄影）
据此原理，项目团队创建了量子化光晶格物化为直接溯源光栅标准（纳米标尺）的超稳制造技术和装置，系列光栅获批5项国家一级标准物质。
这一“纳米标尺”究竟有多精准？项目团队介绍，当前集成电路产业主流的纳米计量需求为0.1纳米级精度，而“纳米标尺”无论是平均长度还是角度，都可达到0.001纳米（1皮米）量级或者0.001°量级的精度，这相当于原子晶面间距的百分之一级别，这为集成电路等先进纳米制造的校准与标定提供有力支撑。
项目团队成员在操作精密仪器。 （李茂君 摄影）
【一步直达纳米制造业现场】
传统纳米计量为纳米制造产业提供校准和标定，需要多级的量值传递，好比一场“接力赛”，每“接力”一次，累积误差就会增加。
而量子化光晶格常数铸出的“纳米标尺”，是具备复现“米”定义功能的标准物质，无需层层“接力”，可以实现产业现场一步校准、直接溯源，更适用于“扁平化、嵌入式、小型化”等现场应用需求强的场景。
团队成功研制晶圆级标准片并获批多项国家二级标准物质。 （李茂君 摄影）
该成果作为核心技术之一，项目团队成功研制了我国首批高端仪器装备计量测评装置。项目团队正是用这一理念，为解决集成电路量检测设备所需晶圆级标准片的制造、定值和应用难题提供了特色方案，实现了“用自己的尺子量自己的产品”。目前，系列晶圆级标准片获批国家二级标准物质，在国产集成电路量检测设备企业已实现应用，并于2025年入选工信部第一批先进适用技术名单。
经国家市场监督管理总局批准，以同济大学为主体的“国家集成电路微纳检测设备产业计量测试中心（上海）”正式启动筹建，成为全国集成电路领域首批获批筹建的国家级产业计量测试中心之一；研究团队也获评首批“国家级计量创新团队”。
项目团队成员。 （李茂君 摄影）
这一纳米计量的创新方法从本质是构建了一套从量子物理底层出发、支撑国家计量体系与先进纳米制造前线的“中国尺”方案，战略意义远超技术本身。
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